(57)【要約】【課題】良好な運転効率を得ることができる冷却装置、ならびに自動販売機を提供すること。【解決手段】冷媒を２回に分けて圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で最初に圧縮された冷媒を放熱させる中間熱交換器と、圧縮機２０で最後に圧縮された冷媒を放熱させるガスクーラ３０と、ガスクーラ３０で放熱させた冷媒を断熱膨張させる電子膨張弁４０と、所定の冷却部位に配設され、電子膨張弁４０により断熱膨張させた冷媒を蒸発させる蒸発器５０とを備え、それらの間で冷媒を相変化させながら循環させることにより、冷却部位の内部雰囲気を冷却するための冷却装置１０において、ガスクーラ３０に対する中間熱交換器の放熱量比を０．８以下にしたものである。【選択図】        図３
2005326138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を複数回に分けて圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で最初に圧縮された冷媒を放熱させる第１放熱器と、
前記圧縮機で最後に圧縮された冷媒を放熱させる第２放熱器と、
前記第２放熱器で放熱させた冷媒を断熱膨張させる膨張弁と、
所定の冷却部位に配設され、前記膨張弁により断熱膨張させた冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、
それらの間で冷媒を相変化させながら循環させることにより、前記冷却部位に内部雰囲気を冷却する冷却装置において、
前記第２放熱器に対する前記第１放熱器の放熱量比を０．８以下にしたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記第２放熱器に対する前記第１放熱器の放熱面積と風量との積の比を０．８以下にしたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第１放熱器と前記第２放熱器とのそれぞれの放熱面積が同じ場合には、前記第２放熱器に対する前記第１放熱器の風量比を０．８以下にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第２放熱器に対する前記第１放熱器の容積比を０．８以下にしたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第２放熱器に対する前記第１放熱器の表面積比を０．８以下にしたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第２放熱器で放熱させた冷媒と、前記蒸発器で蒸発させた冷媒とを熱交換させる熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項８】
上記請求項１〜７のいずれか一つに記載の冷却装置を備えて成ることを特徴とする自動販売機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置および自動販売機に関し、より詳細には、例えば断熱筐体の内部雰囲気を冷却するための冷却装置およびこれを備えた自動販売機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動販売機、冷蔵庫、冷凍／冷蔵ショーケース、あるいは飲料ディスペンサ等における断熱筐体の内部雰囲気を冷却するための冷却装置として、次のようなものが知られている。
【０００３】
冷却装置は、圧縮機、放熱器、膨張弁、および蒸発器を主に備えて構成されている。圧縮機は、蒸発器からの冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものである。放熱器は、圧縮機で高温高圧の状態にされた冷媒を放熱させて液化するものである。膨張弁は、放熱器で液化された冷媒を断熱膨張させるものである。蒸発器は、断熱筐体の内部に配設されており、断熱筐体が複数ある場合には、断熱筐体ごとに配設されている。この蒸発部は、膨張弁で断熱膨張された冷媒を蒸発させるものである。これら圧縮機、放熱器、膨張弁、および蒸発器により形成された循環経路で冷媒を相変化させながら循環させることにより、蒸発器の周辺領域が、冷媒が蒸発することにより熱を吸収するために冷却される。その結果、断熱筐体の内部雰囲気が冷却されることになる。そして、循環する冷媒としては、地球環境に対する影響の少ないものとして、二酸化炭素が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−５４４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に提案されている冷却装置では、冷媒として二酸化炭素を用いているために、循環経路において冷媒が高圧となる領域（以下、高圧領域ともいう）の圧力が非常に高くなり、そのため圧縮機の負担が大きくなる。そこで、複数回、例えば２回に分けて冷媒を圧縮する二段式圧縮機を用い、１回目の圧縮後の冷媒を第１放熱器で放熱させることにより圧縮機の消費電力の低減、すなわち圧縮効率の向上を図っていた。そして、上記冷却装置は、第１放熱器で放熱させた冷媒を再び二段式圧縮機で圧縮した後、第２放熱器で放熱させて、上記循環経路を循環させていた。
【０００６】
しかしながら、第１放熱器の放熱量を第２放熱器のものに比して過大にすると、冷媒の冷却能力の低下を招来してしまう虞れがある一方、第２放熱器の放熱量を第１放熱器のものに比して過大にすると、二段式圧縮機の消費電力を増大させてしまう虞れがあり、運転効率の低下を招来する。そのため、第１放熱器と第２放熱器との間における放熱量の比率の最適化を図ることにより、運転効率を向上させることが求められている。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みて、良好な運転効率を得ることができる冷却装置、ならびに自動販売機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる冷却装置は、冷媒を複数回に分けて圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で最初に圧縮された冷媒を放熱させる第１放熱器と、前記圧縮機で最後に圧縮された冷媒を放熱させる第２放熱器と、前記第２放熱器で放熱させた冷媒を断熱膨張させる膨張弁と、所定の冷却部位に配設され、前記膨張弁により断熱膨張させた冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、それらの間で冷媒を相変化させながら循環させることにより、前記冷却部位に内部雰囲気を冷却する冷却装置において、前記第２放熱器に対する前記第１放熱器の放熱量比を０．８以下にしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２にかかる冷却装置は、上記請求項１において、前記第２放熱器に対する前記第１放熱器の放熱面積と風量との積の比を０．８以下にしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項３にかかる冷却装置は、上記請求項１または上記請求項２において、前記第１放熱器と前記第２放熱器とのそれぞれの放熱面積が同じ場合には、前記第２放熱器に対する前記第１放熱器の風量比を０．８以下にしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項４にかかる冷却装置は、上記請求項１において、前記第２放熱器に対する前記第１放熱器の容積比を０．８以下にしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項５にかかる冷却装置は、上記請求項１において、前記第２放熱器に対する前記第１放熱器の表面積比を０．８以下にしたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項６にかかる冷却装置は、上記請求項１〜５のいずれか一つにおいて、前記第２放熱器で放熱させた冷媒と、前記蒸発器で蒸発させた冷媒とを熱交換させる熱交換器を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項７にかかる冷却装置は、上記請求項１〜６のいずれか一つにおいて、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項８にかかる自動販売機は、上記請求項１〜７のいずれか一つに記載の冷却装置を備えて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の冷却装置によれば、第２放熱器に対する第１放熱器の放熱量比を０．８以下にしたので、後述するように、良好な運転効率を得ることができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明の自動販売機によれば、上記冷却装置を備えているので、良好な運転効率を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる冷却装置およびこれを備えた自動販売機の好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、以下においては、説明の便宜上、冷却装置は、自動販売機に適用されるものとして説明する。
【００１９】
＜実施の形態１＞
図１および図２は、それぞれ本発明の実施の形態１にかかる自動販売機、すなわち、本発明の実施の形態１にかかる冷却装置が適用された自動販売機を模式的に示したものであり、図１は、正面断面図であり、図２は、断面側面図である。これら図１および図２において、自動販売機は、本体キャビネット１を備えている。
【００２０】
本体キャビネット１は、前面が開口した直方状の断熱体として形成したものである。この本体キャビネット１には、その前面に外扉２と内扉３ａ，３ｂとが設けてあり、その内部に例えば２つの断熱仕切板４ａ，４ｂによって仕切られた３つの独立した商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃが左右に並んだ態様で設けてある。より詳細に説明すると、外扉２は、本体キャビネット１の前面開口を開閉するためのものであり、内扉３ａ，３ｂは、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの前面を開閉するためのものである。この内扉３ａ，３ｂは、上下に分割してあり、上側の扉３ａは、商品を補充する際に開閉するものである。商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃは、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品Ｗを所望の温度に維持した状態で収容するためのものである。
【００２１】
商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃには、それぞれ、商品収納ラック６、搬出機構７、および商品搬出シュータ８が設けてある。商品収納ラック６は、商品Ｗを上下方向に沿って並ぶ態様で収納するためのものである。搬出機構７は、商品収納ラック６の下部に設けてあり、この商品収納ラック６に収納された商品群のうち最下段にある商品Ｗを一つずつ搬出するためのものである。商品搬出シュータ８は、搬出機構７から搬出された商品Ｗを商品取出口３ｃに導くためのものである。
【００２２】
上記本体キャビネット１の内部において商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの外部となる機械室９には、冷却装置１０が配設してある。
【００２３】
図３は、図１および図２に示した冷却装置（本発明の実施の形態１にかかる冷却装置）を概念的に示した概念図である。この図３において、冷却装置１０は、圧縮機２０と、ガスクーラ（第２放熱器）３０と、電子膨張弁４０と、蒸発器５０ａ，５０ｂ，５０ｃ（以下、単に蒸発器５０とも称する）とを備えて構成してある。この冷却装置１０において、冷媒としては、不燃性、安全性、不腐食性を有し、更にオゾン層への影響が少ない二酸化炭素を用いている。
【００２４】
圧縮機２０は、蒸発器５０からの冷媒（二酸化炭素）を圧縮して高温高圧の状態にするものである。この圧縮機２０は、２回に分けて圧縮動作を行う二段式圧縮機である。より詳細に説明すると、圧縮機２０は、１回目（最初）の圧縮動作を行う第１圧縮機２１と、２回目（最後）の圧縮動作を行う第２圧縮機２２とを有し、これらの間に中間熱交換器（第１放熱器）２３を設けてある。この中間熱交換器２３は、第１圧縮機２１による１回目の圧縮動作により圧縮された冷媒を冷却、すなわち放熱させて該冷媒を第２圧縮機２２に戻すものである。ここに、中間熱交換器２３は、例えばステンレス等の金属製の配管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものを使用している。また、中間熱交換器２３の近傍には、風量調整用の第１送風ファンＦ１が設置してある。
【００２５】
このように、圧縮機２０は、中間熱交換器２３を介して２回の圧縮動作を実行することで、低消費電力で冷媒を所望の高温高圧の状態に圧縮することが可能になる。尚、本実施の形態１では、第１圧縮機２１での１回目の圧縮によって冷媒を約４．９ＭＰａに圧縮し、第２圧縮機２２での２回目の圧縮によって冷媒を約９．８ＭＰａに圧縮する。
【００２６】
また、圧縮機２０には、オイルセパレータ２４が接続してある。オイルセパレータ２４は、圧縮機２０（第２圧縮機２２）から送出した冷凍機油を圧縮機２０（第１圧縮機２１）に戻すためのものである。冷凍機油は、圧縮機２０の内部における摩擦や冷媒漏れ等を防止するが、この冷凍機油を圧縮機２０の内部で完全に封止することが困難である。特に、上述のように圧縮機２０によって冷媒を高圧に圧縮しており、この圧力が従前の冷媒（例えばＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン））を使用したときと比較してはるかに高圧であるので、圧縮機２０からの冷凍機油の送出量は多くなる。そこで、本実施の形態１では、第２圧縮機２２の出口側と、第１圧縮機２１の入口側との間にオイルセパレータ２４を接続しており、第２圧縮機２２から送出した冷凍機油を第１圧縮機２１に戻すようにしている。図３中の符号２５は、圧縮機２０に戻る冷凍機油と冷媒の圧力を低減するためのキャピラリーチューブである。
【００２７】
ここに、圧縮機２０としては、レシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、あるいは、これらの圧縮能力を調整可能なインバータ圧縮機等を適用することができる。そして、冷却装置１０を配設する対象、環境、あるいは装置全体に要するコスト等に見合う圧縮機を適宜適用すれば良い。
【００２８】
ガスクーラ３０は、圧縮機２０で高温高圧の状態に圧縮された冷媒を、放熱させて冷媒を液化するものである。本実施の形態１におけるガスクーラ３０は、例えば銅等の金属製の配管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものを使用している。また、ガスクーラ３０は、上述した中間熱交換器２３と略等しい容積を有している。このガスクーラ３０の近傍には、風量調整用の第２送風ファンＦ２が設置してある。
【００２９】
電子膨張弁４０は、ガスクーラ３０で放熱させた冷媒を断熱膨張させる、すなわち該冷媒を減圧して低温低圧の状態に調整するものである。
【００３０】
蒸発器５０は、電子膨張弁４０で低温低圧の状態に断熱膨張させた冷媒を蒸発させるものである。この冷媒が蒸発することにより、蒸発器５０の周辺領域は、熱が奪われることになり、冷却される。本実施の形態１における蒸発器５０は、銅管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものを使用してある。
【００３１】
上記蒸発器５０は、図２に示したように、複数の商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃをそれぞれ独立して冷却するために、各商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部に配設してある。つまり、蒸発器５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、電子膨張弁４０から３方に分岐したそれぞれの経路に接続してある。また、それぞれの経路には、電磁弁５１ａ，５１ｂ，５１ｃが設けてある。そして、電磁弁５１ａ，５１ｂ，５１ｃを選択的に開成することで、対応する蒸発器５０ａ，５０ｂ，５０ｃに電子膨張弁４０からの冷媒が送出されることになる。一方、各蒸発器５０ａ，５０ｂ，５０ｃの出口側の経路は、互いに集合して圧縮機２０の第１圧縮機２１に接続してある。
【００３２】
各商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部における蒸発器５０ａ，５０ｂ，５０ｃの近傍には、ヒータＨ、庫内送風ファンＦおよび循環ダクトＤ等が設けてある。ヒータＨは、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの空気（内部雰囲気）を加熱、すなわち商品収納ラック６に収納してある商品Ｗを加熱するためのものである。庫内送風ファンＦは、蒸発器５０で冷却された空気（冷気）、あるいはヒータＨで加熱された空気（暖気）を送風することにより、蒸発器５０からの冷熱、あるいはヒータＨからの高熱を商品Ｗに熱伝達させるものである。庫内送風ファンＦにより送風された空気は、循環ダクトＤを通じて循環することになる。また、図２中の符号５２は、庫内送風ファンＦをカバーするファンカバーであり、符号５３は、商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃ内の温度を検出する温度センサである。
【００３３】
上述した圧縮機２０、ガスクーラ３０、電子膨張弁４０および蒸発器５０、ならびにこれらを接続する経路等により、冷媒を循環させるための冷媒循環路Ｌが形成してある。そして、この冷媒循環路Ｌには、内部熱交換器６０が設けてある。内部熱交換器６０は、ガスクーラ３０からの高圧の冷媒と、蒸発器５０からの低圧の冷媒とを熱交換させるものである。より詳細に説明すると、内部熱交換器６０の内部には、ガスクーラ３０で放熱させた冷媒が流れる冷媒管路６１と、蒸発器５０で蒸発させた冷媒が流れる冷媒管路６２とが、互いに熱交換可能な距離を有して非接触向流する態様で配設してある。
【００３４】
以上のような構成を有する冷却装置１０は、つぎのようにして自動販売機の商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部雰囲気を冷却することができる。ここでは、商品収容庫５ａの内部雰囲気のみを冷却するものとして説明する。
【００３５】
商品収容庫５ａの内部雰囲気のみを冷却する場合、他の商品収容庫５ｂ，５ｃの内部に配設してある蒸発器５０ｂ，５０ｃに冷媒を循環させる必要はない。そのため、電磁弁５１ａのみを開成状態にし、他の電磁弁５１ｂ，５１ｃは閉成状態にしてある。また、商品収容庫５ａの内部に配設されたヒータＨはオフ状態になっている。
【００３６】
冷媒循環路Ｌにおける冷媒は、圧縮機２０で２回に分けて圧縮される。より詳細に説明すると、冷媒は、第１圧縮機２１で圧縮（約４．９ＭＰａに圧縮）され、その後、中間熱交換器２３に送出される。中間熱交換器２３に送出された冷媒は、該中間熱交換器２３で放熱して冷却される。中間熱交換器２３で冷却された冷媒は、再び第２圧縮機２２に送出され、該第２圧縮機２２で圧縮（約９．８ＭＰａに圧縮）され、高温高圧の状態になる。この場合において、第２圧縮機２２から冷媒とともに送出された冷凍機油は、オイルセパレータ２４によって第１圧縮機２１の入口側に戻ることになる。
【００３７】
高温高圧の状態の冷媒は、ガスクーラ３０に送出され、該ガスクーラ３０で放熱して冷却される。ガスクーラ３０で冷却された冷媒は、内部熱交換器６０を通じて電子膨張弁４０に送出され、該電子膨張弁４０で減圧されて断熱膨張し、低温低圧の状態になる。
【００３８】
低温低圧の状態の冷媒は、開成状態にある電磁弁５１ａを通じて蒸発器５０ａに送出される。蒸発器５０ａに送出された冷媒は、該蒸発器５０ａの周辺領域から熱を与えられて蒸発する。換言すると、蒸発器５０ａの周辺領域は、冷媒が蒸発することにより熱を奪われて冷却されて冷気が生成する。生成した冷気は、庫内送風ファンＦの作用により図２中の矢印で示したように吹き出し、これにより、商品収容庫５ａの内部雰囲気は冷却されることになる。このように商品収容庫５ａの内部雰囲気が冷却されると、該商品収容庫５ａの内部に配設された商品収納ラック６に収納された商品Ｗは、所望の温度状態（例えば、約５℃）に冷却されることになる。
【００３９】
蒸発器５０ａで蒸発した冷媒は、内部熱交換器６０を通じて圧縮機２０（第１圧縮機２１）に送出され、該圧縮機２０で圧縮されて上記サイクルを繰り返すことになる。
【００４０】
そのような冷却装置１０においては、中間熱交換器２３とガスクーラ３０との間における放熱量の比率（放熱量比）がつぎのように調整してある。すなわち、中間熱交換器２３およびガスクーラ３０のそれぞれの近傍に設置した第１送風ファンＦ１および第２送風ファンＦ２のそれぞれの風量を適宜調整することにより、ガスクーラ３０に対する中間熱交換器２３の放熱量比（以下、単に放熱量比ともいう）を０．８以下となるように調整してある。具体的には、中間熱交換器２３およびガスクーラ３０の容積が略等しいので、第２送風ファンＦ２に対する第１送風ファンＦ１の風量比が０．８以下となるように調整することにより、放熱量比を０．８以下となるように調整してある。
【００４１】
図４は、放熱量比と運転効率（ＣＯＰ（成績係数）；coefficient  of  performance）との関係を示した図表である。この図４は、放熱量比を適宜変更した冷却装置を自動販売機に適用した状態で、商品収容庫の内部への供給熱量となるヒータ等の電力と圧縮機消費電力量、商品収容庫の内部と外部の温度等を測定することにより、ＣＯＰを算出して得たものである。かかる図４から、ＣＯＰは、放熱量比が０．１７近傍で最大値となり、放熱量比が０．８を超えると、中間熱交換器が存在しない場合（放熱量比が０の場合）よりも低下してしまうことが理解される。
【００４２】
このように放熱量比を特定の範囲、すなわち０．８以下に調整するためには、上述したように第１送風ファンＦ１および第２送風ファンＦ２のそれぞれの風量を変更するだけでなく、つぎの手法（１）〜（４）を個別に、あるいは組み合わせて採用することにより達成することができる。
【００４３】
手法（１）
上述したが、中間熱交換器２３の配管材質をステンレスとし、ガスクーラ３０の配管材質をステンレスより熱伝導率の高い銅とすることにより、放熱量比が０．８以下となるように調整する。
【００４４】
手法（２）
中間熱交換器２３およびガスクーラ３０のそれぞれのアルミフィンの表面形状を変更する。具体的には、中間熱交換器３０のアルミフィンの表面形状をフラットにする一方、ガスクーラ３０のアルミフィンの表面形状をコルゲートフィンやルーバーフィン等のような形状にして、熱交換面積を拡大させる。これにより、放熱量比を０．８以下に調整する。また、中間熱交換器２３とガスクーラ３０のそれぞれのアルミフィンのピッチを適宜変更して、放熱量比を０．８以下に調整しても良い。
【００４５】
手法（３）
中間熱交換器２３およびガスクーラ３０のそれぞれの配管の内面形状を変更する。具体的には、中間熱交換器２３の配管の内面をフラットにする一方、ガスクーラ３０の配管の内面に溝部や突起部を設けて配管の内面の表面積を拡大させる。これにより、放熱量比を０．８以下に調整する。
【００４６】
手法（４）
中間熱交換器２３およびガスクーラ３０のそれぞれにおける配管とアルミフィンとの接触面積を変更する。具体的には、ガスクーラ３０における銅管とアルミフィンとの接触面積を、中間熱交換器２３におけるステンレス管とアルミフィンとの接触面積よりも大きくする。これにより、放熱量比を０．８以下に調整する。また、ガスクーラ３０における銅管とアルミフィンとの接触をロウ付けにすることにより熱伝達抵抗を低減させて、放熱量比を０．８以下に調整しても良い。
【００４７】
以上のような冷却装置１０によれば、放熱量比（ガスクーラ３０に対する中間熱交換器２３の放熱量比）を０．８以下にしてあるので、良好な運転効率を得ることができる。つまり、冷凍能力および運転効率を良好なものとしながら消費電力を低減させることができる。
【００４８】
上記冷却装置１０によれば、内部熱交換器６０がガスクーラ３０からの高圧の冷媒と、蒸発器５０からの低圧の冷媒とを熱交換させるので、ガスクーラ３０からの冷媒を確実に液化させるとともに、蒸発器５０からの冷媒を確実に気化させることができる。これにより、例えば外気温が高温となる夏場等で、ガスクーラ３０の温度が冷媒の臨界温度（約３１℃）を超える場合があっても、ガスクーラ３０からの冷媒を液化させて、冷媒が気化したままで液化しなくなる超臨界圧力の状態となることを回避することができる。また、蒸発器５０を通過した冷媒が一部液化したままであっても該冷媒を確実に気化させて、圧縮機２０が液圧縮を起こして破損してしまうことを回避することができる。
【００４９】
本発明の実施の形態１にかかる自動販売機によれば、上記冷却装置１０を備えているので、冷凍能力および運転効率を良好なものとしながら消費電力を低減させることができる。
【００５０】
＜実施の形態２＞
図５は、本発明の実施の形態２にかかる冷却装置を概念的に示した概念図である。尚、上記図１〜４に示した構成と同一の構成を有するものには、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
この図５において、冷却装置１０′は、圧縮機２０′と、ガスクーラ（第２放熱器）３０′と、電子膨張弁４０と、蒸発器５０ａ，５０ｂ，５０ｃ（以下、単に蒸発器５０とも称する）とを備えて構成してある。この冷却装置１０′において、冷媒としては、不燃性、安全性、不腐食性を有し、更にオゾン層への影響が少ない二酸化炭素を用いている。
【００５２】
圧縮機２０′は、蒸発器５０からの冷媒（二酸化炭素）を圧縮して高温高圧の状態にするものである。この圧縮機２０′は、２回に分けて圧縮動作を行う二段式圧縮機である。より詳細に説明すると、圧縮機２０′は、１回目（最初）の圧縮動作を行う第１圧縮機２１と、２回目（最後）の圧縮動作を行う第２圧縮機２２とを有し、これらの間に中間熱交換器（第１放熱器）２３を設けてある。この中間熱交換器２３′は、第１圧縮機２１による１回目の圧縮動作により圧縮された冷媒を冷却、すなわち放熱させて該冷媒を第２圧縮機２２に戻すものである。
【００５３】
このように、圧縮機２０′は、中間熱交換器２３′を介して２回の圧縮動作を実行することで、低消費電力で冷媒を所望の高温高圧の状態に圧縮することが可能になる。尚、本実施の形態２では、第１圧縮機２１での１回目の圧縮によって冷媒を約４．９ＭＰａに圧縮し、第２圧縮機２２での２回目の圧縮によって冷媒を約９．８ＭＰａに圧縮する。
【００５４】
また、圧縮機２０′には、オイルセパレータ２４が接続してある。オイルセパレータ２４は、圧縮機２０′（第２圧縮機２２）から送出した冷凍機油を圧縮機２０′（第１圧縮機２１）に戻すためのものである。冷凍機油は、圧縮機２０′の内部における摩擦や冷媒漏れ等を防止するが、この冷凍機油を圧縮機２０′の内部で完全に封止することが困難である。特に、上述のように圧縮機２０′によって冷媒を高圧に圧縮しており、この圧力が従前の冷媒（例えばＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン））を使用したときと比較してはるかに高圧であるので、圧縮機２０′からの冷凍機油の送出量は多くなる。そこで、本実施の形態２では、第２圧縮機２２の出口側と、第１圧縮機２１の入口側との間にオイルセパレータ２４を接続しており、第２圧縮機２２から送出した冷凍機油を第１圧縮機２１に戻すようにしている。
【００５５】
ここに、圧縮機２０′としては、レシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、あるいは、これらの圧縮能力を調整可能なインバータ圧縮機等を適用することができる。そして、冷却装置１０′を配設する対象、環境、あるいは装置全体に要するコスト等に見合う圧縮機を適宜適用すれば良い。
【００５６】
ガスクーラ３０′は、圧縮機２０′で高温高圧の状態に圧縮された冷媒を、放熱させて冷媒を液化するものである。本実施の形態２におけるガスクーラ３０′は、例えば銅等の金属製の配管とアルミフィンとで構成したフィンチューブタイプのものを使用している。また、ガスクーラ３０′の近傍には、風量調整用の第２送風ファンＦ２が設置してある。
【００５７】
上述した圧縮機２０′、ガスクーラ３０′、電子膨張弁４０および蒸発器５０、ならびにこれらを接続する経路等により、冷媒を循環させるための冷媒循環路Ｌが形成してある。そして、この冷媒循環路Ｌには、内部熱交換器６０が設けてある。内部熱交換器６０は、ガスクーラ３０′からの高圧の冷媒と、蒸発器５０からの低圧の冷媒とを熱交換させるものである。より詳細に説明すると、内部熱交換器６０の内部には、ガスクーラ３０′で放熱させた冷媒が流れる冷媒管路６１と、蒸発器５０で蒸発させた冷媒が流れる冷媒管路６２とが、互いに熱交換可能な距離を有して非接触向流する態様で配設してある。
【００５８】
以上のような構成を有する冷却装置１０′は、つぎのようにして自動販売機の商品収容庫５ａ，５ｂ，５ｃの内部雰囲気を冷却することができる。ここでは、商品収容庫５ａの内部雰囲気のみを冷却するものとして説明する。
【００５９】
商品収容庫５ａの内部雰囲気のみを冷却する場合、他の商品収容庫５ｂ，５ｃの内部に配設してある蒸発器５０ｂ，５０ｃに冷媒を循環させる必要はない。そのため、電磁弁５１ａのみを開成状態にし、他の電磁弁５１ｂ，５１ｃは閉成状態にしてある。また、商品収容庫５ａの内部に配設されたヒータＨはオフ状態になっている。
【００６０】
冷媒循環路Ｌにおける冷媒は、圧縮機２０′で２回に分けて圧縮される。より詳細に説明すると、冷媒は、第１圧縮機２１で圧縮（約４．９ＭＰａに圧縮）され、その後、中間熱交換器２３′に送出される。中間熱交換器２３′に送出された冷媒は、該中間熱交換器２３′で放熱して冷却される。中間熱交換器２３′で冷却された冷媒は、再び第２圧縮機２２に送出され、該第２圧縮機２２で圧縮（約９．８ＭＰａに圧縮）され、高温高圧の状態になる。この場合において、第２圧縮機２２から冷媒とともに送出された冷凍機油は、オイルセパレータ２４によって第１圧縮機２１の入口側に戻ることになる。
【００６１】
高温高圧の状態の冷媒は、ガスクーラ３０′に送出され、該ガスクーラ３０′で放熱して冷却される。ガスクーラ３０′で冷却された冷媒は、内部熱交換器６０を通じて電子膨張弁４０に送出され、該電子膨張弁４０で減圧されて断熱膨張し、低温低圧の状態になる。
【００６２】
低温低圧の状態の冷媒は、開成状態にある電磁弁５１ａを通じて蒸発器５０ａに送出される。蒸発器５０ａに送出された冷媒は、該蒸発器５０ａの周辺領域から熱を与えられて蒸発する。換言すると、蒸発器５０ａの周辺領域は、冷媒が蒸発することにより熱を奪われて冷却されて冷気が生成する。生成した冷気は、庫内送風ファンＦの作用により図２中の矢印で示したように吹き出し、これにより、商品収容庫５ａの内部雰囲気は冷却されることになる。このように商品収容庫５ａの内部雰囲気が冷却されると、該商品収容庫５ａの内部に配設された商品収納ラック６に収納された商品Ｗは、所望の温度状態（例えば、約５℃）に冷却されることになる。
【００６３】
蒸発器５０ａで蒸発した冷媒は、内部熱交換器６０を通じて圧縮機２０′（第１圧縮機２１）に送出され、該圧縮機２０′で圧縮されて上記サイクルを繰り返すことになる。
【００６４】
そのような冷却装置１０′においては、中間熱交換器２３′とガスクーラ３０′との間における容積比が次のように調整してある。すなわち、ガスクーラ３０′に対する中間熱交換器２３′の容積比（以下、単に容積比ともいう）を０．８以下となるように調整してあり、好ましくは、容積比を０．１７となるように調整してある。
【００６５】
図６は、容積比と、圧縮機消費電力量および冷凍能力との関係を示した図表であり、図７は、容積比と運転効率（ＣＯＰ（成績係数）；coefficient  of  performance）との関係を示した図表である。これら図６および図７は、容積比を適宜変更した冷却装置を自動販売機に適用した状態で、商品収容庫の内部への供給熱量となるヒータ等の電力と圧縮機消費電力量、商品収容庫の内部と外部の温度を測定し、冷却能力とＣＯＰを算出して得たものである。
【００６６】
図６から、冷凍能力は、容積比が０．１７で最大値となり、容積比が０．４までは減少し、容積比が０．４以上では再び増加することが理解される。また、圧縮機消費電力量は、容積比が０．３で最小となり、容積比が０．３以下では中間熱交換器２３′の放熱量増加による消費電力低減効果が得られることが理解される。容積比が０．３以上では、ガスクーラの容積が相対的に小さくなるために圧縮機消費電力量が増加し、容積比が０．８を超えると、中間熱交換器が存在しない場合（容積比が０の場合）よりも圧縮機消費電力量が増加してしまうことが理解される。一方、図７から、ＣＯＰは、容積比が０．１７で最大値となり、容積比が０．８を超えると、中間熱交換器が存在しない場合（容積比が０の場合）よりも低下してしまうことが理解される。
【００６７】
以上のような冷却装置１０′によれば、容積比（ガスクーラ３０′に対する中間熱交換器２３′の容積比）を０．８以下にしてあるので、冷凍能力および運転効率を良好なものとしながら消費電力を低減させることができる。
【００６８】
上記冷却装置１０′によれば、内部熱交換器６０がガスクーラ３０′からの高圧の冷媒と、蒸発器５０からの低圧の冷媒とを熱交換させるので、ガスクーラ３０′からの冷媒を確実に液化させるとともに、蒸発器５０からの冷媒を確実に気化させることができる。これにより、例えば外気温が高温となる夏場等で、ガスクーラ３０′の温度が冷媒の臨界温度（約３１℃）を超える場合があっても、ガスクーラ３０′からの冷媒を液化させて、冷媒が気化したままで液化しなくなる超臨界圧力の状態となることを回避することができる。また、蒸発器５０を通過した冷媒が一部液化したままであっても該冷媒を確実に気化させて、圧縮機２０が液圧縮を起こして破損してしまうことを回避することができる。
【００６９】
本発明の実施の形態２にかかる自動販売機によれば、上記冷却装置１０′を備えているので、冷凍能力および運転効率を良好なものとしながら消費電力を低減させることができる。
【００７０】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されず種々の変更を行うことができる。すなわち、上記実施の形態２では、容積比を０．８以下となるように調整してあったが、本発明では、ガスクーラに対する中間熱交換器の表面積比を０．８以下となるように調整してあっても良い。これによっても、上記実施の形態２で奏する効果を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明は、例えば断熱筐体の内部雰囲気を冷却するための冷却装置および自動販売機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる自動販売機、すなわち、本発明の実施の形態１にかかる冷却装置が適用された自動販売機を模式的に示した正面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる自動販売機、すなわち、本発明の実施の形態１にかかる冷却装置が適用された自動販売機を模式的に示した断面側面図である。
【図３】図１および図２に示した冷却装置（本発明の実施の形態１にかかる冷却装置）を概念的に示した概念図である。
【図４】放熱量比と運転効率（ＣＯＰ）との関係を示した図表である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる冷却装置を概念的に示した概念図である。
【図６】容積比と、圧縮機消費電力量および冷凍能力との関係を示した図表である。
【図７】容積比と運転効率（ＣＯＰ）との関係を示した図表である。
【符号の説明】
【００７３】
１０，１０′    冷却装置
２０    圧縮機
２１    第１圧縮機
２２    第２圧縮機
２３，２３′    中間熱交換器
３０，３０′    ガスクーラ
４０    電子膨張弁
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ    蒸発器
６０    内部熱交換器
Ｆ１    第１送風ファン
Ｆ２    第２送風ファン
【図１】
2005326138.tif 000003
【図２】
2005326138.tif 000004
【図３】
2005326138.tif 000005
【図４】
2005326138.tif 000006
【図５】
2005326138.tif 000007
【図６】
2005326138.tif 000008
【図７】
2005326138.tif 000009